MOSFET參數(shù)的理解

科晟korsun對(duì)參數(shù)有一定了解，不妨我們一起看看，互相探討，學(xué)習(xí)與交流。

一、絕對(duì)最大額定參數(shù)

VDS 表示漏極與源極之間所能施加的最大電壓值。

VGS 表示柵極與源極之間所能施加的最大電壓值。

ID 表示漏極可承受的持續(xù)電流值，如果流過的電流超過該值，會(huì)引起擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

IDM 表示的是漏源之間可承受的單次脈沖電流強(qiáng)度，如果超過該值，會(huì)引起擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

EAS 表示單脈沖雪崩擊穿能量，如果電壓過沖值(通常由于漏電流和雜散電感造成)未超過擊穿電壓，則器件不會(huì)發(fā)生雪崩 擊穿，因此也就不需要消散雪崩擊穿的能力。EAS標(biāo)定了器件可以安全吸收反向雪崩擊穿能量的高低。

PD 表示最大耗散功率，是指MOS性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率，使用時(shí)要注意MOS的實(shí)際功耗應(yīng)小于此參數(shù)并留有一定余量，此參數(shù)一般會(huì)隨結(jié)溫的上升而有所減額。（此參數(shù)靠不?。?/p>

TJ, Tstg ，這兩個(gè)參數(shù)標(biāo)定了器件工作和存儲(chǔ)環(huán)境所允許的結(jié)溫區(qū)間，應(yīng)避免超過這個(gè)溫度，并留有一定余量，如果確保器件工作在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，將極大地延長其工作壽命。

極限參數(shù)

二、額定電流

ID(DC) : 漏極允許通過的最大直流電流值，此值受到導(dǎo)通阻抗、封裝和內(nèi)部連線等的制約TC=25℃ (假定封裝緊貼無限大散熱板)

ID(Pulse) : 漏極允許通過的最大脈沖電流值，此值還受到脈沖寬度和占空比等的制約。

三、熱阻

熱阻表示熱傳導(dǎo)的難易程度，熱阻分為溝道-環(huán)境之間的熱阻、溝道-封裝之間的熱阻，熱阻越小，表示散熱性能越好。

熱阻是材料抵抗熱能流動(dòng)的能力，由半導(dǎo)體晶片消耗的功率被轉(zhuǎn)換成熱量，其被傳送到封裝，并且最終通道散熱片或其他導(dǎo)熱材料釋放到環(huán)境空氣中，而消耗功率PD產(chǎn)生熱能導(dǎo)致元件溫度(ΔT)的增加導(dǎo)致元件溫度，(ΔT)可以計(jì)算為ΔT= Rth×PD。

Rth是定義ΔT和PD之間關(guān)系的常數(shù)，該常數(shù)稱為熱阻。

四、靜態(tài)參數(shù)

VGS(th) 表示的是MOS的開啟電壓(閾值電壓)，對(duì)于NMOS，當(dāng)外加?xùn)艠O控制電壓 VGS超過 VGS(th) 時(shí)，NMOS就會(huì)導(dǎo)通。

IGSS 表示柵極驅(qū)動(dòng)漏電流，越小越好，對(duì)系統(tǒng)效率有較小程度的影響。

IDSS 表示漏源漏電流，柵極電壓VGS=0、VDS 為一定值時(shí)的漏源漏流，一般在微安級(jí)。

RDS(ON) 表示MOS的導(dǎo)通電阻，一般來說導(dǎo)通電阻越小越好，其決定MOS的導(dǎo)通損耗，導(dǎo)通電阻越大損耗越大，MOS溫升也越高，在大功率電源中，導(dǎo)通損耗會(huì)占MOS整個(gè)損耗中較大的比例。

gfs 表示正向跨導(dǎo)，反映的是柵極電壓對(duì)漏源電流控制的能力，gfs過小會(huì)導(dǎo)致MOSFET關(guān)斷速度降低，關(guān)斷能力減弱，過大會(huì)導(dǎo)致關(guān)斷過快，EMI特性差，同時(shí)伴隨關(guān)斷時(shí)漏源會(huì)產(chǎn)生更大的關(guān)斷電壓尖峰。

V(BR)DSS

這個(gè)參數(shù)是有條件的，這個(gè)最小值60V是在Tj=25℃的值，也就是只有在Tj=25℃時(shí)，MOSFET上電壓不超過60V才算是工作在安全狀態(tài)。

V(BR)DSS是正溫度系數(shù)，如果電源用在寒冷的地方，環(huán)境溫度低到-40℃甚至更低的話，V(BR)DSS值<56V，這時(shí)候60V就已經(jīng)超過MOSFET耐壓了。

所以在MOSFET使用中，我們都會(huì)保留一定的VDS的電壓裕量，其中一點(diǎn)就是為了考慮到低溫時(shí)MOSFET V(BR)DSS值變小了，另外一點(diǎn)是為了應(yīng)對(duì)各種惡例條件下開關(guān)機(jī)的VDS電壓尖峰。

五、動(dòng)態(tài)參數(shù)

Ciss 表示輸入電容，Ciss=Cgs+Cgd，該參數(shù)會(huì)影響MOS的開關(guān)時(shí)間，該值越大，同樣驅(qū)動(dòng)能力下，開通及關(guān)斷時(shí)間就越慢，開關(guān)損耗也就越大。

Coss 表示輸出電容，Coss=Cds+Cgd；Crss表示反向傳輸電容，Crss=Cgd(米勒電容)。

這兩項(xiàng)參數(shù)對(duì)MOSFET關(guān)斷時(shí)間略有影響，其中Cgd會(huì)影響到漏極有異常高電壓時(shí)，傳輸?shù)組OSFET柵極電壓能量的大小，會(huì)對(duì)雷擊測試項(xiàng)目有一定影響。

Qg、Qgs、Qgd、td(on)、tr、td(off）、tf 這些參數(shù)都是與時(shí)間相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)。開關(guān)速度越快對(duì)應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)損耗越小，效率高，溫升低，對(duì)應(yīng)的缺點(diǎn)是EMI特性差，MOSFET關(guān)斷尖峰過高。

電容特性

輸入電容(Ciss)=Cgd+Cgs,為在OFF狀態(tài)下柵極輸入電容量。

輸出電容(Coss)=Cds+Cgd,為漏極D-源極S間電容量，即內(nèi)部二極管在逆偏壓時(shí)的電容量

反饋電容(Crss)=Cgd此為漏極D-柵極G間的電容量,又稱米勒電容，在高頻率開關(guān)動(dòng)作時(shí)之不良影響大于Ciss及Coss。

影響開關(guān)速度的是Coss(=Cgs+Cgd),Cg越大速度越慢,Cds與正常切換電路的開關(guān)速度無關(guān)。另外，此參數(shù)與測試頻率與偏壓有關(guān)，如果在不同頻率或偏路的開關(guān)速度無關(guān)，如果在不同頻率或偏壓操作必須作適當(dāng)修正。

Cgs大小與Gate charge有直接的關(guān)系。應(yīng)該要越小越好，對(duì)電路整體的諧振考量與充放電切換時(shí)間越佳。

在 LLC拓?fù)渲?，減小死區(qū)時(shí)間可以提高效率，但過小的死區(qū)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)ZVS(零電壓開關(guān))。因此選擇在VDS在低壓時(shí)Coss較小的MOSFET可以讓LLC更加容易實(shí)現(xiàn)ZVS,死區(qū)時(shí)間也可以適當(dāng)減小,從而提升效率。

Ciss=Cgd+Cgs, Coss=Cgd+Cds, Crss=Cgd。

Ciss, Coss, Crss的容值都是隨著VDS電壓改變而改變的。

Qg , Qgs , Qgd特性

柵極電荷可分為三種：

Qg(柵極電荷):使柵極電壓從0升到10V所需的柵極電荷，是指MOSFET開關(guān)完全打開，Gate極所需要的電荷量。

Qgs 柵極-源極電荷

Qgd 柵極-漏極電荷

MOSFET的Qg可以理解為：當(dāng)G級(jí)電容充至多少電荷時(shí),MOSFET才能有效打開；放電至多少電荷時(shí)， MOSFET才會(huì)有效關(guān)斷，所以Qg就存在一個(gè)充放電的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間會(huì)影響到MOS的開關(guān)速度。

開關(guān)頻率大的話,Qg還是小一些好，影響開關(guān)的速度?？蛰d時(shí)結(jié)電容大，開關(guān)過程的損耗多。

MOSFET切換動(dòng)作過程可以說是一種電荷移動(dòng)現(xiàn)象。由于柵極完全是由絕緣膜覆蓋，其輸入阻抗幾乎是無限大，完全看輸入電容量的充放電動(dòng)作來決定切換動(dòng)作的狀態(tài)。

1.在t0-t1時(shí)刻,Vgs開始慢慢的上升直到Vgs(th),DS之間電流才開始慢慢上升,同時(shí)Cgs開始充電，在此期間Cgd和Cgs相比可以忽略;

2.t1-t2時(shí)刻,Cgs一直在充電,在t2時(shí)刻，Cgs充電完成,同時(shí)Id達(dá)到所需要的數(shù)值,但是Vds并沒有降低;

3.t2-t3時(shí)刻，VDS開始下降,Cgs充電完成,而且Vgs始終保持恒定,此時(shí)主要對(duì)Cgd充電,此段時(shí)間內(nèi)，Cgd的電容值變大，在t3時(shí)刻Cgd充電完成,通常這個(gè)時(shí)間要比t1-t2長很多;

4.在t3-t4時(shí)刻,t3時(shí)刻Cgd和ICgsE已經(jīng)充電完成，VGS電壓開始上.升直到驅(qū)動(dòng)IC的最高直流電壓。所以圖中(Qgd+Qgs)是Mos開關(guān)完全打開所需要的最小電荷量。

體二極管特性

IS、ISM這些參數(shù)如果過小，會(huì)有電流擊穿風(fēng)險(xiǎn)。

VSD、trr如果過大，在橋式或LCC系統(tǒng)中會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)損耗過大，溫升過高。

Qrr該參數(shù)與充電時(shí)間成正比，一般越小越好。

反向恢復(fù)時(shí)間trr & 反向恢復(fù)電荷Qrr：由于內(nèi)部寄生二極管可視為一種電容器，所以寄生二極管從導(dǎo)通切換到關(guān)斷狀態(tài)會(huì)儲(chǔ)存少量電荷(下圖紅色區(qū)域即為Qrr)，而電荷量完全釋放出需耗費(fèi)一段時(shí)間，此時(shí)間就是trr。

六、SOA安全工作區(qū)

SOA意為“安全工作區(qū)”指電源在運(yùn)行時(shí)異常的大電流和電壓同時(shí)疊加在MOSFET上面，造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導(dǎo)致的破壞模式。或者是芯片與散熱器及封裝不能及時(shí)達(dá)到熱平衡導(dǎo)致熱積累，持續(xù)的發(fā)熱使溫度超過氧化層限制而導(dǎo)致的熱擊穿模式。

SOA各個(gè)線的參數(shù)限定值可以參考KST3415。

受限于最大額定電流及脈沖電流。

受限于最大節(jié)溫下的RDSON。

受限于器件最大的耗散功率。

受限于最大單個(gè)脈沖電流。

擊穿電壓BVDSS限制區(qū)。

審核編輯：湯梓紅